Устройство экспериментальной установки. Методика проведения эксперимента

Основу экспериментальной установки составляет герметичная камера 1 из нержавеющей стали объемом 8 дм³, заполненная дистиллированной водой. В днище камеры вмонтирован нагреватель-кипятильник 2, с помощью которого создается необходимое количество пара. В первом пространстве камеры горизонтально установлена трубка 3 наружным диаметром d = 18 мм и длиной l = 180 мм, на которой происходит процесс конденсации. На ее поверхности заложены горячие спаи 4-х медь-константановых термопар 4, как показано на рис.1а. С помощью теплоизолированных коллекторов опытная трубка крепится в стенках камеры. Для измерения температуры входа и выхода охлаждающей воды во входном и выходном коллекторах установлены медь-константановые термопары 5 и 6. Постоянный расход охлаждающей воды создается с помощью переливного бачка 7, регулируется вентилем 8. Измерение расхода производится сужающим устройством – расходомером Вентури 9 с U-образным дифференциальным манометром 10, установленными на входе в опытную трубку. Расходомерное устройство предварительно тарируется и график зависимости расхода охлаждающей воды от разности высот в дифманометре G=f(h) находится на лицевой панели установки. Для визуальных наблюдений за процессом конденсации в стенке камеры вмонтированы иллюминаторы. Термопары имеют общий холодный спай 11, погруженный в тающий лед (t_хс=0^оС), и через переключатель 12 поочередно подключаются к потенциометру 13. До начала опытов вода в камере должна быть нагрета до температуры кипения, в чем убеждаются по термометру 14. Постоянная температура воды поддерживается электронагревателем-кипятильником 2 с помощью контактного термометра 14 и блока автоматики 15. Устанавливают вентилем 8 необходимый расход охлаждающей воды, значение которого задается преподавателем. Измеряют потенциометром значения э.д.с. термопар, установленных на поверхности опытной трубки Е₁Е₄, на входе-выходе охлаждающей воды Е_вх, Е_вых, показания U-образного дифманометра. Таким образом, с интервалом 3…4 минуты проводят несколько измерений этих величин, данные заносят в таблицу, осредняют во времени.

Рис.1. Принципиальная схема установки

а) схема расположения термопар на поверхности опытной трубки

№ замера	Е1, мВ	Е2, мВ	Е3, мВ	Е4, мВ	Евх, мВ	Евых, мВ	h, мм	G, кг/с
1 2 3
Среднее значение

Обработка данных экспериментов.

1.Осредняют значения э.д.с. термопар, измеряющих температуру поверхности трубы

, мВ

2.С помощью градировочных таблиц переводят э.д.с. термопар в температуру в ^оС

, ^оС; , ^оС; , ^оС;

3.Рассчитывают температурный напор

(t_н=100^оС – температура насыщения воды при атмосферном давлении)

4.Определяют тепловой поток из уравнения теплового баланса

, Вт

с_р – теплоемкость охлаждающей воды, определяется из таблиц Приложения при

G – массовый расход охлаждающей воды, определяемый из тарировочного графика G=f(h), находящийся на лицевой панели установки, по измеренному перепаду высот в дифманометре

5.Определяют площадь поверхности трубки

, м²

6.Находят плотность теплового потока

, Вт/м²

7.Расчитывают опытное значение коэффициента теплоотдачи

, Вт/(м²К)

Для этого же значения температурного напора по формуле Нуссельта (1) рассчитывают теоретическое значение коэффициента теплоотдачи. Данные расчета заносят в таблицу, проводят численные сравнения

Температура стенки tc, оС	Плотность теплового потока q, Вт/м2	Температурный напор t, оС	Опытный коэффициент т/о , Вт/(м2К)	Расчетный коэффициент т/о , Вт/(м2К)